[發明專利]一種利用貧鋁礬土制備頁巖氣專用壓裂支撐劑的方法

有效

• 申請號: 201310182776.5
• 申請日: 2013-05-16
• 公開（公告）號: CN103288428A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 陳平;殷海榮
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C04B35/10
• 分類號: C04B35/10;C04B35/622;C09K8/80
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 蔡和平

技術領域

本發明屬于新材料技術領域，涉及一種制備支撐劑的方法，特別涉及一種利用貧鋁礬土制備頁巖氣專用壓裂支撐劑的方法。

背景技術

壓裂技術是開發低孔、低滲透頁巖氣藏增產增效的有效武器。頁巖氣與常規儲層氣藏不同，頁巖既是天然氣生成的源巖，也是聚集和保存天然氣的儲層和蓋層。頁巖氣儲集層滲透率低，開采難度較大,頁巖氣藏的儲層一般呈低孔、低滲透率的物性特征，氣流的阻力比常規天然氣大，因此頁巖氣的最終采收率依賴于有效的壓裂措施。在壓裂工藝中，壓裂液給地層造出裂縫，為頁巖氣的運移打開通道，為防止在地層閉合壓力條件下，裂縫慢慢閉合，阻擋頁巖氣運移，需使用壓裂支撐劑，壓裂支撐劑隨壓裂液進入地層，在壓裂液造縫后停留在縫隙之中，阻擋裂縫閉合，形成一個高導流能力的支撐帶，保證頁巖氣成功運移。因此，壓裂支撐劑是影響壓裂工藝的至關因素。由于支撐劑需要停留在幾千米的地下，且地層閉合壓力大，壓裂支撐劑不僅需要有良好的耐溫性，也要有足夠的抗壓能力。目前在油氣增產市場上廣泛使用的支撐劑有天然石英砂、中等強度低密度的硅酸鋁支撐劑、人造的中等強度高密度的氧化鋁和硅酸鹽支撐劑、高強度的鋁礬土和高強度的硅酸鋯支撐劑、以及涂敷預固化涂層和可固化涂層樹脂的天然砂或人造支撐劑。

以鋁礬土等礦物原料制備石油壓裂支撐劑的研究已有許多文獻和專利報道，中國專利201010231375.0公開了一種高強度支撐劑，原料組成為：鋁礬土生料80%～90%、重晶石2%～10%、明礬0.1%～0.6%、氧化鐵4%～10%、錳礦石粉3%～8%；中國專利201210274744.3公開了一種低密度壓裂支撐劑，包括鋁礬土40份～90份，粘土5份～30份及輔助添加劑1份～30份。這兩種支撐劑陶粒均采用優質的鋁礬土為主要原料，對合理利用資源起到了積極作用，但所述的支撐劑性能不穩定，生產成本高，產量低，能耗大，熱效率低，燒成溫度高（1400℃－1450℃），特別是以普通的加熱方式熱損耗高達50％以上，使燃料占總生產成本的一半以上。

發明內容

本發明的目的在于提供一種利用貧鋁礬土制備頁巖氣專用壓裂支撐劑的方法，該方法配料簡單、燒成溫度低、燒成時間短，成型與燒成過程能耗小、生產成本低、有利于環境保護、生產過程簡單易控，產品質量穩定。

與現有技術相比，本發明采用的技術方案包括以下步驟：

1）將焦炭放入球磨機中濕磨，形成粉炭漿；

2）按質量百分比，將94%～97%的貧鋁礬土、3%～6%的復合型燒結助劑混合，得混合料，然后將混合料放入球磨機中濕磨混勻形成混合泥漿；其中，復合型燒結助劑是由活性Al₂O₃粉和硅微粉混合而成的；

3）以電熔莫萊石砂為母粒，以混合泥漿為包覆液，采用流化床噴霧造粒機造粒，造粒形成的顆粒過18目～30目篩，將兩篩之間的篩余物顆粒收集成為一次顆粒；

4）以一次顆粒為母粒，以粉炭漿為包覆液，采用流化床噴霧造粒機造粒，造粒形成的顆粒過10目～14目篩，將兩篩之間的篩余物顆粒收集成為待燒顆粒；

5）將待燒顆粒放入坩堝中，并置于電爐內，以3℃/min～5℃/min的加熱速度自室溫升至150℃，保溫5min～10min，以5℃/min～10℃/min的加熱速度升至750℃～850℃，保溫1h～2h，隨爐自然冷卻后取出，過20目～40目篩，即得頁巖氣專用壓裂支撐劑。

所述的步驟1）中的焦炭在濕磨時，控制磨球、焦炭和水的質量比為(2～2.5):1:(0.6～0.8)，研磨時間為0.5h～1h。

所述的步驟1）中的焦炭為工業焦炭，質量要求指標為：固定炭的質量分數大于等于83％，硫的質量分數小于等于0.5％，揮發分的質量分數小于等于1.5％，灰分的質量分數小于等于15％。

所述的步驟2）中的混合料在濕磨時，控制磨球、混合料和水的質量比為(2～3):1:(0.5～0.7)，研磨時間為0.5h～3h。

所述的步驟2）中的貧鋁礬土為低品位鋁礬土或鋁礦下腳料，且低品位鋁礬土和鋁礦下腳料中的Al₂O₃質量分數均小于等于55％。

所述的步驟2）中的復合型燒結助劑按質量百分比是由60%～80%的活性Al₂O₃粉和20%～40%的硅微粉混合而成的，且活性Al₂O₃粉和硅微粉的粒度均＜5μm。